Революционный модулятор МЭМС-решеток повышает оптическую эффективность и масштабируемость систем связи

Научно-исследовательский институт аэрокосмической информации Китайской академии наук, Пекин, Китай

Принципиальная схема предлагаемого модулятора МЭМС-решетки. (Изображение:Микросистемы и наноинженерия)

Был разработан новый модулятор решетки микроэлектромеханической системы (МЭМС), обеспечивающий значительные улучшения в оптической эффективности и масштабируемости систем связи. За счет интеграции перестраиваемой синусоидальной решетки с непрерывными лентами с поперечными ограничениями достигается крупномасштабная апертура 30 × 30 мм, которая поддерживает высокоскоростную модуляцию до 250 кГц.

Устройство достигает 90-процентной оптической эффективности и контрастности динамической модуляции более 95 процентов, что делает его идеальным для оптической связи в свободном пространстве и дистанционного зондирования. Дисперсионные свойства устройства делают его привлекательным для приложений измерения длины волны, включая спектрометры и системы гиперспектральной визуализации. Это нововведение решает критические проблемы, связанные с размером апертуры, эффективностью и скоростью модуляции, и обещает улучшить высокоскоростные и энергоэффективные сети связи.

Оптические модуляторы MEMS имеют решающее значение в технологиях следующего поколения, таких как оптическая связь в свободном пространстве и LiDAR, но существующие конструкции не могут сбалансировать размер апертуры, эффективность и скорость. Традиционные модуляторы на основе микрозеркал часто работают на низких частотах, а решеточные модуляторы сталкиваются с изгибными деформациями и неоптимальной оптической эффективностью.

Большие апертуры, необходимые для систем высокой мощности, были затруднены из-за механических ограничений. Учитывая эти проблемы, существует острая потребность в масштабируемых высокоэффективных модуляторах для поддержки развития систем оптической связи.

Опубликовано в Микросистемы и наноинженерия Исследователи из Северо-Западного политехнического университета представили инновационный модулятор МЭМС-решетки с перестраиваемой синусоидальной решеткой. Это устройство имеет большую апертуру 30 × 30 мм, замечательную оптическую эффективность 90 процентов и сверхбыстрое время отклика, приближающееся к 1,1 мкс. Устройство предназначено для поддержки высокоскоростной модуляции в широком диапазоне длин волн (635–1700 нм), предлагая многообещающие решения проблем, связанных с высокоскоростными энергоэффективными оптическими системами.

Ключевая инновация модулятора заключается в его непрерывных лентах с поперечными ограничениями, которые предотвращают изгибные деформации и позволяют масштабируемое расширение апертуры без ущерба для резонансной частоты около 460,0 кГц. Синусоидальная конструкция решетки максимизирует коэффициент заполнения (96,6 процента) и эффективность дифракции, обеспечивая коэффициент затухания 20 дБ и контрастность модуляции 98 процентов при 100 кГц. Массивы сквозных отверстий на поверхности решетки оптимизируют демпфирование воздуха, что приводит к критическому демпфированию отклика без остаточных колебаний. Результаты экспериментов продемонстрировали полную модуляцию с коэффициентом контрастности выше 95 процентов при 250 кГц, эффективную работу в видимом и ближнем инфракрасном спектре (поле зрения ±30°) и надежное изготовление с использованием двухмаскового процесса SOI. Эти инновации преодолевают традиционные компромиссы между размером апертуры, эффективностью и скоростью, устанавливая новый стандарт для оптических модуляторов MEMS.

Автор-корреспондент д-р Юнцянь Ли подчеркнул потенциал устройства:"Сочетая масштабируемую апертуру с беспрецедентной оптической эффективностью, этот модулятор открывает новые возможности для мощных и высокоскоростных приложений, от LiDAR до сетей связи следующего поколения. Отказ от микрозеркал снижает сложность и стоимость, делая эту технологию масштабируемой для широкого внедрения".

Большая апертура и высокая эффективность модулятора делают его идеальным для оптической связи в свободном пространстве, обеспечивая целостность сигнала на больших расстояниях. Его быстрое время отклика хорошо подходит для приложений LiDAR и адаптивной оптики, а независимость от поляризации добавляет универсальности. Будущие версии могут обеспечить формирование многоканального луча или интеграцию с системами квантовой связи. Это нововведение ускоряет разработку энергоэффективных сетей с высокой пропускной способностью, которые найдут широкое применение в аэрокосмической и телекоммуникационной сферах.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Юань Ваном по адресу:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.